光刻方法及半导体装置的制备方法与流程

1.本发明属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种光刻方法及半导体装置的制备方法。


背景技术：

2.随着集成电路上的晶体管密度不断提高，半导体制造的关键尺寸(cd) 不断缩小，对光刻精度的要求也越来越高。
3.如图1~图3，所示为了提高光刻工艺的精度，在集成电路制造过程中，对于某些对图形轮廓要求较高的 半导体工艺过程中需要加入抗反射层（tarc），以降低曝光光线反射对光刻胶的影响。在基底101上形成光刻胶102后，抗反射层103（tarc）以液态方式涂布在光刻胶102表面，由于其自身特性，抗反射层103涂布到光阻表面后，会有部分微小气泡104形成于抗反射层的液体中或者液体表面，经过曝光显影后会形成一种环状的图形缺陷105，如图2及图3所示，影响光刻精度，进而影响在晶圆上形成的半导体器件的性能。
4.因此，如何减少抗反射层（tarc）中的气泡，以提高光刻精度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
5.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光刻方法及半导体装置的制备方法，用于解决现有技术中抗反射层存在气泡而造成光刻缺陷的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光刻方法，所述光刻方法包括：1）于基底上形成光致抗蚀剂层；2）于所述光致抗蚀剂层涂覆抗反射层；3）将所述抗反射层置于真空腔室；4）对所述真空腔室进行抽气处理，以降低所述真空腔室的气压，所述抗反射层表面的气泡由于气泡内的气压大于气泡外的气压而破裂，所述抗反射层内部的气泡由于气泡内的气压大于气泡外的气压而膨胀并上浮至所述抗反射层表面后破裂。
8.可选地，步骤2）涂覆的所述抗反射层呈液态，且在步骤3）和步骤4）中，所述抗反射层保持为液态。
9.可选地，还包括步骤5）对所述抗反射层进行固化处理。
10.可选地，所述固化处理的方法包括热固化工艺或紫外线固化工艺。
11.可选地，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述真空腔室的气压为0 atm~0.5atm。
12.可选地，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述抗反射层在所述真空腔室内的保持时间为30s~1000s。
13.可选地，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述抗反射层表面的气泡的
内部的气压大于外部的气压，使所述气泡膨胀至超过所述气泡壁所能承受的最大表面张力而使所述气泡破裂。
14.可选地，步骤4）对所述真空腔室进行抽气处理前，所述气泡稳定存在于所述抗反射层内部，此时，所述气泡的内部气压p1、外部气压p2和真空腔室气压p3满足以下关系：p1=p2=p3 ρgh；其中，ρ为抗反射层的密度，h为所述气泡在所述抗反射层内的深度；对所述真空腔室进行抽气处理过程中，所述真空腔室气压p3减小，此时：p1》p2= p3 ρgh；因此，所述气泡在内外气压差的作用下体积v逐渐变大；所述气泡受到的浮力为：f=ρgv；由于气泡的体积v变大，浮力f变大，使得所述气泡上浮至所述抗反射层表面，并在所述抗反射层表面破裂。
15.可选地，还包括步骤：对所述光致抗蚀剂层进行曝光-显影处理，以形成光刻图形。
16.本发明还提供一种半导体装置的制备方法，所述制备方法包括如上任意一项方案所述的光刻方法。
17.可选地，所述半导体装置包括分立半导体器件、光电半导体器件、mems芯片、逻辑芯片、模拟芯片和存储芯片中的一种或两种以上的组合。
18.如上所述，本发明的光刻方法及半导体装置的制备方法，具有以下有益效果：本发明对所述真空腔室进行抽气处理，以降低所述真空腔室的气压，所述抗反射层表面的气泡由于气泡内的气压大于气泡外的气压而破裂，所述抗反射层内部的气泡由于气泡内的气压大于气泡外的气压而膨胀并上浮至所述抗反射层表面后破裂。当所述气泡在破裂后，由于重力和抗反射层的表面张力，落入抗反射层表面的破裂的气泡融入抗反射层中，使所述看反射层表面保持平整。与现有技术相比，本发明可以针对工艺过程中的气泡缺陷进行定点清除，有效提高产品质量。
附图说明
19.所包括的附图用来提供对本技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例。
20.图1~图3显示为一种光刻方法抗反射层由于气泡存在导致最终光刻图形缺陷产生的示意图，其中，图3显示为光刻胶残留的图形缺陷的扫描电镜示意图。
21.图4~图8显示为本发明实施例的光刻方法各步骤所呈现的结构示意图。
22.元件标号说明：101基底、102光刻胶、103抗反射层、104气泡、105图形缺陷、201基底、202光致抗蚀剂层、203抗反射层、204气泡。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
24.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
25.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
26.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
27.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
28.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征
ꢀ“
之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
29.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.如图4~图8所示，本实施例提供一种光刻方法，其可以去除抗反射层203中的气泡204，所述光刻方法包括：如图4所示，首先进行步骤1），于基底201上形成光致抗蚀剂层202。
31.在一个实施例中，所述基底201可以为硅基底、锗基底、锗硅基底、碳化硅基底、三五族化合物基底、绝缘基底（如二氧化硅、蓝宝石）、金属基底、有机聚合物基底等，也可以是绝缘体上硅（soi）、绝缘体上锗、绝缘体上锗硅等，也可以是依据需求所形成的上述各种基底所组成的叠层等。
32.具体地，可以通过旋涂工艺于所述基底201上形成光致抗蚀剂层202，所述光致抗蚀剂层202可以为正性的光致抗蚀剂层202或负性的光致抗蚀剂层202，旋涂时的转速和时间可以依据所需的光致抗蚀剂层202的厚度进行设定。
33.在一个实施例中，旋涂所述光致抗蚀剂层202后，还包括对所述光致抗蚀剂层202进行烘干固化的步骤，例如，可以通过热烘干的方法对所述光致抗蚀剂层202进行烘干固化。
34.如图5所示，然后进行步骤2），于所述光致抗蚀剂层202涂覆抗反射层203。
35.在一个实施例中，可以通过旋涂工艺于所述光致抗蚀剂层202涂覆抗反射层203，所述抗反射层203为有机抗反射层203，在涂覆过程中，所述抗反射层203为液态，液态的抗反射层203中难以避免地会混入气泡204，这些气泡204可能是位于所述抗反射层203的表面，或者位于所述抗反射层203的内部，其会造成后续光刻工艺的曝光光线的全反射或折
射，从而造成光刻的图形缺陷，因此，本实施例需要将所述抗反射层203表面及内部的气泡204去除。
36.然后进行步骤3），将所述抗反射层203置于真空腔室。
37.在一个实施例中，所述真空腔室可以为光刻涂覆设备中的真空腔室或后续半导体制程中的其他真空腔室，例如，可以通过机械手臂等对涂覆有光致抗蚀剂层202及抗反射层203的基底201放入相应的真空腔室中，此过程中，保持所述抗反射层203为液态，以利于后续气泡204的去除和所述抗反射层203表面的平整。
38.如图6~图8所示，接着进行步骤4），对所述真空腔室进行抽气处理，以降低所述真空腔室的气压，所述抗反射层203表面的气泡204由于气泡204内的气压大于气泡204外的气压而破裂，所述抗反射层203内部的气泡204由于气泡204内的气压大于气泡204外的气压而膨胀并上浮至所述抗反射层203表面后破裂。
39.在本步骤中，需保持所述抗反射层203为液态。
40.在一个实施例中，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述真空腔室的气压为0 atm~0.5atm。所述真空腔室的气压越低，越有利于气泡204的去除，然而，过小的气压需要较高的抽气成本，因此，在保证所述气泡204能去除的情况下，优选为将所述真空腔室的气压设定为一合适值，例如，所述气压的合适值可以为0.1 atm~0.4 atm，一个具体的示例为0.2atm。
41.在一个实施例中，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述抗反射层203在所述真空腔室内的保持时间为30s~1000s，所述保持时间以所述气泡204完全去除为准，例如，所述保持时间可以为120s等。
42.在一个实施例中，步骤4）中，对所述真空腔室进行抽气处理后，所述抗反射层203表面的气泡204的内部的气压大于外部的气压，使所述气泡204膨胀至超过所述气泡204壁所能承受的最大表面张力而使所述气泡204破裂。
43.在一个实施例中，步骤4）对所述真空腔室进行抽气处理前，所述气泡204稳定存在于所述抗反射层203内部，此时，所述气泡204的内部气压p1、外部气压p2和真空腔室气压p3满足以下关系：p1=p2=p3 ρgh；其中，ρ为抗反射层203的密度，h为所述气泡204在所述抗反射层203内的深度；对所述真空腔室进行抽气处理过程中，所述真空腔室气压p3减小，此时：p1》p2= p3 ρgh；因此，所述气泡204在内外气压差的作用下体积v逐渐变大；所述气泡204受到的浮力为：f=ρgv；由于气泡204的体积v变大，浮力f变大，使得所述气泡204上浮至所述抗反射层203表面，并在所述抗反射层203表面破裂。
44.在上述过程中，当所述气泡204在破裂后，由于重力和抗反射层203的表面张力，落入抗反射层203表面的破裂的气泡204融入抗反射层203中，使所述看反射层表面保持平整。
45.然后，还包括步骤5），对所述抗反射层203进行固化处理。
46.在一个实施例中，所述固化处理的方法包括热固化工艺或紫外线固化工艺。
47.最后，还包括步骤6），对所述光致抗蚀剂层202进行曝光-显影处理，以形成光刻图形。由于所述抗反射层203中没有气泡204，可以获得轮廓清洗、无缺陷的光刻图形。
48.本实施例还提供一种半导体装置的制备方法，所述制备方法包括如上实施例所述的光刻方法。
49.在一个实施例中，所述半导体装置包括分立半导体器件（例如mos器件、电容、电感、电阻、功率器件等）、光电半导体器件（例如光电探测器、led器件等）、mems芯片（例如加速度传感器、角度传感器、重力传感器等）、逻辑芯片、模拟芯片和存储芯片中的一种或两种以上的组合。
50.如上所述，本发明的光刻方法及半导体装置的制备方法，具有以下有益效果：本发明对所述真空腔室进行抽气处理，以降低所述真空腔室的气压，所述抗反射层203表面的气泡204由于气泡204内的气压大于气泡204外的气压而破裂，所述抗反射层203内部的气泡204由于气泡204内的气压大于气泡204外的气压而膨胀并上浮至所述抗反射层203表面后破裂。当所述气泡204在破裂后，由于重力和抗反射层203的表面张力，落入抗反射层203表面的破裂的气泡204融入抗反射层203中，使所述看反射层表面保持平整。与现有技术相比，本发明可以针对工艺过程中的气泡204缺陷进行定点清除，有效提高产品质量。
51.所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
52.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。